Датчик относительной влажности и температуры

"13 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ ЬСТВУ) ЛЬНОЙ ВЛАЖНОМв 35аучно-исследю СВОЙСТВ по ательскии рхности и в, М,Н, Титов и свидетельств М 27/00, 1963, ощото, НЛозЬ ег тезс./Матег у апс гпапсапа 1 - 6. О.А. Ходос СССР М ба. РгоЫеа 5-й прегоЫту, 1986 бретение относится кике и может быть исполия относительной влажы в широком классе пр Изой тех меритель овано для сти и тем оров и ус змере ератур рой ств ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМРИ ГКНТ СССР(71) Всесоюзныйцентр по изученвакуума(56) Авторское221157, кл, 6 01К. То, Т. Уави ргеззоге сооссоп 1. оп геаЫтВага, Ргапсе, р,Широко известны устройства для измерения относительной влажности (ОВ), использующие эффект изменения длины волоса или другой органической нити при изменении ОВ. Также широко известны устройства измерения температуры, основанные на использовании теплового расширения жидких веществ, Устройства указанных типов обладают малой точностью и большой инерционностью и имеют в основном бытовое назначение,Наиболее близкими к заявляемому изобретению являются устройства, реализующие психометрический способ измерения ОВ, использующие сравнение показаний "мокрого" и сухого термометров (К, То, Т Уапогпото, Н, УозЫма, РгоЬев и ргеззцге соосег тезт, - Матегаз о 1 5-сЬ птегпатопа(57) Использование: измерение относительной влажности и температуры в широком классе устройств, Сущность изобретения: в устройстве в качестве влага- и термочувствительных элементов используют высокочастотные контуры с размещенными на них структурами кремния на диэлектрике, например кремния на сапфире, По изменению добротности ВЧ-контуров судят об относительной влажности и температуре среды, 1 ил. соп 1 егепсе оп геВЫТу апс папсапаЫТу, 1986, ВАВТЕ, РВАКСЕ, р. 1 - 6).Недостатками этих устройств являются инерционность и затрудненность их использования при температурах, превышающихЦелью изобретения является повышение скорости измерения ОВ и температуры и расширение области применения в сторону более высоких температур.Поставленная цель достигается тем, что в устройстве в качестве влага- и термочувствительных элементов используют высокочастотные (ВЧ) контуры с размещенными на них структурами кремния на диэлектрике, например, кремния на сапфире (КНС). Удельное сопротивление КНС чувствительно к изменению температуры и ОВ среды.Изменение удельного сопротивления сильно влияет ьа добротность ВЧ контура, на котором размещена структура КНС(положительное решение по заявке СССР ч/21, кл. 0 01 В 27/02, 1988), Преобразуя добротность ВЧ-контура в электрический сигнал и дешифруя его, получем данные об ОВ и температуре среды.В результате анализа научно-технических и патентных источников технических решений со сходными признаками не обнаружено, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого решения критериям, предъявляемым к изобретению,На чертеже показано схематическое устройстводатчика ОВ и температуры: влагочувствительный 1 и термочувствительный 2 элементы, полупроводниковая пленка 3, диэлектрическая подложка 4, ВЧ-контуры 5, слой герметизирующего немагнитного диэлектрика 6, непроводящий немагнитный корпус 7.Устройство работает следующим образом.Для проведения измерений датчик помещают в исследуемую атмосферу. Удельное сопротивление р пленок кремния в структуре КНС изменяется: в термочувствительном элементе - под воздействием температуры среды, во влагочувствительном - под воздействием и температуры среды, и влаги, поскольку поверхность пленки не защищена.Так как пленки находятся в ВЧ-поле ,контуров, то в них возникают токи Фуко, которые обратно пропорциональны удельному сопротивлению пленок. Потери на токи Фуко снижают добротность контуров, по изменению которой судят об удельном сопротивлении пленок кремния в структуре КНС,Добротность контуров преобразуют в электрические сигналы, из которых формируют разностный сигнал, отвечающий величине ОВ атмосферы (так как температурная часть сигналов при вычитании гасится). Электрический сигнал, отвечающий добротности ВЧ-контура термочувствительного элемента, дешифруют в показания температуры, а разностный сигнал - в показания влажности.П р и м е р, В датчике использована структура КНС с толщиной слоя кремния 0,6 м км и удел ь н ы м с оп роти елен ием 20Ом.см, ВЧ-контуры изготовлены из посеребренного медного провода диаметром 1мм.5 . Контуры одинаковы и представляют собой плоские катушки, содержащие 1 - 2 витка и имеющие внешний диаметр 2,5 см,Рабочая частота подобрана по максимумучувствительности и составляет 135 - 15510 МГц,Для повышения точности датчика использована одна структура КНС, разделенная методом скрайбирования на две части,Для измерения добротности ВЧ-конту 15 ров можно использовать измерители добротности, имеющие встроенныйВЧ-генератор, например Е 9-5 А.Устройство обладает высоким быстродействием за счет практически мгновенного20 реагирования тонкой (0,5-2 мкм) пленкикремния на смену температуры и влажности, Датчик работоспособен до температур,определяющих стойкость кремния к внешним воздействиям.25 Выбор материала для датчика (КНС)обусловлен его оптимальными характеристиками: высоким качеством полупроводниковой пленки и ее высокой чувствительностью к состоянию поверхности и пара 30 метрам окружающей среды, а также уникальными диэлектрическими свойствамисапфира.Формула изобретенияДатчик относительной влажности и тем 35 пературы, содержащий влаго- и термочувствительные элементы, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью повышения быстродействия и расширения области применения всторону более высоких температур, каждый40 из элементов содержит одинаковый высокочастотный (ВЧ) контур, выполненный в видеплоской катушки, содержащей 1 - 2 витка, накоторых размещены структуры кремния надиэлектрике, обращенные слоем диэлектри 45 ка к плоским катушкам ВЧ-контуров, в термочувствительном датчике на слой кремниядополнительно нанесен слой герметизирующего немагнитного диэлектрика,1763960 Составитель А,Ан Техред М,Морген рие Редактор Т,Иванова тал Корректо маков оизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Уж ул.Гагарина, 101 з 3453 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5